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文檔簡介
植物光生理學溫室光控甚么是光?可以產生視覺效果的電磁波能量光的不同應用光周期調控photoperiodism光合作用補光photosynthesis光質影響photomorphogenesis與栽培作物相關的光的特質?
光量強(度)–
光合作用?
光質(波長-顏色)–
光型態(tài)發(fā)生?
累計時間
–
光周期光的兩種說法?顆粒–
光的行為就像一堆有能量的粒子–
光子(光量子)?
對作物非常重要?
波–電磁波可有很短或很長的波長–能量與波長成反比–短波長代表高能量能量與波長(λ的)關系低能量高能量Far-redPhotosynthetic
&Visible
Light電磁波如何產生任何物體溫度在絕對零度以上都會輻射電
磁波?輻射的電磁波能量取決于物體的溫度?
提高物體溫度等于提高總輻射出去的能量?史蒂芬-波茲曼Stephan-Boltzman
定律溫度
vs.波長(λ)?
溫度與輻射出去的電磁波波長成反比?
煒恩定律:由物體輻射出去的電磁波波峰
位置的波長與絕對溫度成反比
(λ=2897/T,λ
inum,Tin
K)?
可以透過控制物體的溫度來控制光的顏色色素與光吸收吸收特定波長的物體色素是物體內的一種化學物質可接受特
定波長使得該物體具有某種特性。COLOR光的受體葉綠素chlorophylla
a,b的吸收峰位于紅光600~700
nm
與藍光400~500nm
波段植物體內的色素PigmentLight
AbsorbedLightReflectedChlorophyll綠素violet,blue,redCarotenoids類胡蘿卜素
blueYellow
OrangeZanthophyll葉黃素
blueYellow
OrangeMelanin黑色素
mostvisiblelightBlackAnthocyaninsblue,
UVRedPhenolicsUV葉光量量測:光傳感器QuantumSensor
光量Photosynthesis,in
μmol/m2/sPyranometer輻射能Solarenergy,
inW/m2Photometer照度Illumination,in
Lux四種光傳感器安裝于于溫室內412,3TSR全太陽輻射感測器PAR
光量傳感器Pyrarometer太陽輻射傳感器凈輻射傳感器
(上方扣除下方)光傳感器?全太陽輻射光譜,單位:
W/m2?PAR(PhotosyntheticallyActiveRadiation):
光合作用有效光,400~700
nm范圍內的
光子數量,單位:umol/m2/s?輻射傳感器,單位:W/m2?所有光量傳感器都必須水平擺放,一般
會安置于可調整水平的座臺上照度計其他太陽能相關傳感器便攜式三種不同量測單位LI-190:
QuantumLI-200:
PyranometerLI-210:
Photometricmeter人眼與植物的敏感度曲線及太陽光譜Human
PlantSpectralirradiation
vs.sensitivitycurveofPlants量測照度?以人眼對光線的敏感度為依據?
非常主觀?
常用單位=1呎燭光foot
candle(ftc),lux?ftc
orfc距:離1根蠟燭1英呎量到的照度
?Lux距:離1根蠟燭1m量到的照度光的敏感度曲線人眼
vs.葉片人眼與植物感受到的光相差頗遠園藝業(yè)界改不過來的陋習?
仍然使用Lux或fc的照度單位?此單位只對空間照明有意義?涉及人類眼睛內的錐狀體與柱狀體對光
線的敏感度?由于植物感光機制與人眼不同,不宜使
用此單位,但已積習難改?此類傳感器稱為photometricsensor量測輻射能?
以能量的觀點量測電磁輻射?
使用單位=
W/m2?
缺點–
與波長不相關量測光量子?只量測與光合作用直接相關的波段
,以光合
作用有效光Photosynthetic
Photon
Flux(PPF)
稱之?波段范圍侷限于400-700nm?
使用單位:μmol/m2/s其中
=mol=(6.02x
1023)photons=
μmol=(6.02x
1017)photons傳感器的敏感度曲線光量子傳感器的限制Quantum(
μmol/m2/s/nm)0.400.300.200.100.003004005006007008009wavelength(nm)QuantumSensorcannotbeusedtomeasureredor
blue
LEDsRedLED-
Max
at
634nmBlue
LED
Max
at
462nm光量
(光的強度)直接影響:1.
光合作用?直接與接受到的光子數量有關CO2
+H2O+LightEnergy
→(CH2O)n
+O22.植株高度3.植株分化開(花)可用光的限制因子?季節(jié)?緯度?
一天中的時間?
云層、設施被覆資材影響太陽的角度一天中太陽的軌跡3
DViewSouthernLat.32deg.光線的入射角與強度Lambert’scosineLawAsyouchangetheangleof
incidence(θ),theintensityof
alightbeamwilldecreaseastheangleof
incidencedecreasesθθThereductioncarries
overintotheamount
of
lightthatpassesthroughthegreenhousecovering.入射角90o
isthe
angle
atwhichtransmission
intensity
occursAsthe
angle
of
the
sunhitting
thegreenhouse
roofincreasesto90o,light
transmission
into
the
greenhouse
increases.Ingeneral,
thehigher
the
sunis
inthe
sky,
the
greater
thetransmission
intothe
greenhouse.Low
sunangle
inthewinter
along
with
short
days
dramatically
reduce
light
levels
inthegreenhouse
during
thattime
of
theyear.Time
of
YearCloudCover五月的陰天可比十二月的晴天提供更多的光量是由
于光期時間的拉長低光狀態(tài)下的植物生理1較.長的節(jié)間距離,使莖拉長2較.大的葉表面積3較.
薄的葉片與莖4較.
薄的角質層
5.一層柵狀細胞為了最大化光合作用所做的調整Sunvs.
ShadeLeafShadeSun猜猜哪一株沒見過光線兩株百合都開花了
但高度相差這么多光質?ControlsPhotomorphogenesis(plant
developmentandform)?Mediatedbyphytochrome(proteinpigment)–
redlight
absorbing
form
(Pr)–
FRlight
absorbing
form
(Pfr)–
Forms
arephotoinconvertible,
depending
onthe
whichtype
of
light
is
absorbed光質紅光REDPr
Pfr遠紅光FR?
兩者均影響植物?最終的影響就看是何者主控人眼看不到FR
Red
此FR盒有5倍于
R盒的能量FR植物對較低的
R:FR值(通常<
1的)反應Low
R:FRcanresult
from
increase
inFR
orreduction
inRedand
is
indicated
by:1.Elongatedinternodes
(stretching)2.Reducedlateralbranching3.Elongatedpetioles4.Larger,thinner
leaf
blades5.Smaller
totalleafarea(duetolowernumbers
of
leaves6.Reducedchlorophyll
synthesis植物對較高的
R:FR值(通常>
1的)反應較高的R:FR值可能是減少紅外光(
FR)或是增加
紅光(R)1.節(jié)間縮短2.
增加側芽3.
較小花瓣4.
較厚較小葉片5.
較多總葉面積6.增加葉綠體數量(深綠色)R:FR<
1Elongatedinternodes(stretching)Reducedlateralbranching
ElongatedpetiolesLarger,thinnerSmaller
totalleafarea(dueto
lowernumbers
of
leaves)Reducedchlorophyll
synthesisR:FR>
1Reducedinternode
length(shortstems)IncreasedlateralbranchingShorterpetiolesThicker,
smaller
leavesGreatertotalleafareaGreen(increased
chlorophyll)哪一種比較強?。磕囊环N較美觀?以上圖片中何者是在
R>FR的情況下栽培的?避遮反應?
Leaves
strongly
absorbredandblue
light?
The
closerplants
aretoaneighboring
plant:?
less
redlight
available
forabsorption?
still
havenearly
allFRlight
present
because
of
FR
istransmitted
andreflectedbut
not
absorbed?
Phytochrome
respondstothe
quality
of
light
within
thecanopyof
crowded
plants?
Mechanismbywhichplants
cantellhow
close
neighboringplants
areand
out-compete
foravailable
space?在密植狀態(tài)下Pr為主控的光敏素,Pr引起避遮反應葉片對不同波長的光能的反射、吸收與穿透率光敏素Phytochrome的其他反應可偵測一日將盡Endof
DayResponse偵測一日將盡?
Plantresponsetothe
changes
inthe
ratio
of
Red/FR
light?
Asdayprogresses,greater
chance
of
scattering
light
in
atmosphere
becauseof
lower
sunangle?
Shorterλhave
greaterprobability
of
scattering?
At
endof
day,lowest
Red/FRratio
for
the
day–redlight
scatteredmuch
more
than
FREOD-important
in
timing
ofphotoperiodicflowering光周期光期長度Asaresultof
seasonalchangesin
daylength,plantshaveevolved
systemstoensureviability
of
seeds:-protectionbeforewinter-coincidewiththerainy/dryseasonsPhotoperiodism-plantabilitytodetectand
respondtodaylength光周期?
短日照植物,當日長低于某臨界時數
就開花?長日照植物,當日長高于某臨界時數
就開花?
日中植物,開花不受日長之影響光周期光周期的調節(jié)植物主要是偵測夜間的長度Thatmeans
thatduring
short
dayperiods
of
theyear
byinterrupting
orsplitting
along
night
with
arelatively
shortphotoperiod
theplantperceives
a
shortnight
andlong
dayeffect
even
though
the
natural
daylength
hasnot
changed作物依光周期分類?Obligat強e制的
-plantthatmustabsolutelymeetthedaylengthrequirementtoflower?Facultative授權的
-plantthatwill
flowerundermost
photoperiods
but
will
flowermostreadilywhenthephotoperiodicrequirementismet光周期調節(jié)的優(yōu)點?允許全年有花?在過去–
菊花只有秋季銷售–
康乃馨只能在春天與早夏生長–蝴蝶蘭只有過農歷年有花溫度的交感作用臨界日長通常與溫度有關?
短日植物(SDP),當溫度增加,臨界日長縮短–Mums菊花–Poinsettias圣誕紅?長日植物(LDP),當溫度降低,臨界日長縮短–Fuchsia倒吊金鐘–
Spinach菠菜溫室內光量調控來控制植物生長光的特質光量最大化決定於?
光量
?溫室設計–Photosynthesis
?使用被覆資材?
光期?
作物間距–
Photoperiodism
?
其他會吸收反/?
光質
射光線的物體–PhotomorphogenesisGreenhouseOrientation(directiontheridgeruns)East-West
North-South?
More
light
interception?
Morepermanent
shadows?
Moresnow
blown
offroof
by
wind
(<40N
or
S)?
Lesslight
interception?
Lesspermanent
shadows?
Betternaturalventilation(<40
N
or
S)。。光線的入射角?
If
light
strikesroof
at
90
°,thenhave
maximum
light
transmission?
If
light
strikesroof
not
at90
°
,
thenless
light
transmittedθθ緯度越高越需要留意–單棟→東西向–連棟→
南北向透過屋頂的坡度來最大化入射的光量?高緯度地區(qū)譬如美國
俄亥俄州(~40°N)的
冬季,太陽入射角度
很低?屋頂需要超過60度
,
使光線正向屋頂斜面
來接受最大光量溫室跨距與屋頂斜度不同屋頂斜角的屋脊高度溫室跨距屋脊高度
@26°斜度屋脊高度
@
63°斜度21
ft
(6.4
m)5.1ft
(1.53
m)20.6
ft
(6.18m)32
ft
(9.6
m)7.8
ft31.4
ft49
ft
(14.7
m)11.9
ft48.1
ft!常見屋頂斜角寬度
<25ft
寬度
>25ft
(7.6m)32
°
26
°光線穿透率受溫室被覆資材影響也受維護狀況影響?GlazingMaterial(%lighttransmission)–
Glass(low
iron)
(93%)–
Exolite
(double
acrylic)
(92%)–
Lexan
(double
polycarbonate)
=(78%)?Cleaningglazingmaterial–
Severaltimes
ayear(usually
rainfall
will
dothis)–
Remove
shading
compound
bymid-October光線穿透率受溫室結構影響也受維護狀況影響?Superstructure–
↑
superstructure,
↑
shading–
Heavy
glazing
requiresmore
superstructure–
Frame
10-12%,
sash
bars
5-7%reductions–
Supplemental
lighting
fixtures
can
shade?Superstructurecleanandpainted–
Aluminum
=reflective–
Wood-paintedwhite
and
kept
clean有許多結構會擋光,但還好有涂成白色,所以光線反射效果佳理想中的花梗發(fā)育
位置與方向目前植株擺置方向移走會遮蔭的物體?
Adequateplant
spacing–
Reduces
shade
avoidance
response–
Don’toverdowith
thenumbers
of
hanging
baskets?
Objectscloseto
greenhouse
(trees,buildings,
etc)–
Distance
away=2xHeight
ofobjectGreenhouseshadowscanbea
seriousproblem,especiallyif
theydon’tmove
during
the
dayReducingLightIntensity?Why
shade?–
Low
light
plants
don’tlikehigh
light–
Reducetemperature–
Havereachedlight
saturation
point?Shadingmethods–
Shade
cloth–
Shading
compoundsInternalandexternalshade
systems光控4遮蔭網設定晨間溫度較低允許較高光量43
421光控光控設備
-
白漆光控設備
-內遮蔭網光控設備
-外遮蔭網Shade
clothShading
compoundsAdvantages:Easily
appliedorReducesairtemps
moreremovedeffectivelyKnown
%Disadvantages:Notas
effectiveMoreor
less
permanentat
reducing(difficultto
remove)airtempsHavetouse
speciallyformulatedcompounds
forbothapplication
and
removal.Application
notuniform不同應用下所需的光量*Photosynthesisisareciprocalprocess.Lowintensity
canbe
overcomebylongerexposure.Useumol/m2/sDisplay15Photoperiod10-12Survival100Maintenance200Propagation80Photosynthesis
for
Growth
andDevelopment400-1200*光周期調節(jié)?控制開花期?
營養(yǎng)生長vs.
生殖生長–
人為短日
?黑布–
人為長日?日長延長?
夜間打斷人為短日?
Pull
blackcloth–
Opaquematerial
blocks
all
light–SDPinduced
to
flower–
Reflective
toreduce
heat
delay–
Canbe
automated–
Can‘double’
asthermalblanket
to
hold
in
heaton
cold
nights人為長日?
日長延長–誘導長日植物開花–
Light
(FR
containing)
for3-6hrs
at
end
ofday–
Low
intensity
(1-3mmol/m2/s,
7-10fc)?夜間打斷–防止短日植物開花–
2-4hrs
of
lowlight
during
darkperiod–
Wantlittle
FR
in
light調控
R:FR?Minimizeshadeavoidanceresponse?Removeexcessvegetationfromplantstopreventself-shading(e.g.geraniums)?Preventshadingfromotherplants–
Minimize
#of
hangingbasketsoverplants–
Properpot
spacing?
Spacevisible
betweenplants
atleastuntilplants
are
nearlyready
to
shipBenchCoverandPot-spacingSymbols(multi-lingual)其他作法?濾光–
塑膠膜添加吸收FR的色素來增加R:FR–
技術尚未完全成熟?
生物科技–更多光敏素讓植物可以看見更多紅光–緊實、墨綠、更多分枝。顏色愈深的濾紙代表吸收愈多的FR光合作用人工補光?光積值
=光強度*累計時間–
500
μmol/m2/照s
1小時=
100
μmol/m2/照s
5小時?
善用此定律來進行補光設計(長時間低光量)–透過更多燈具來加強光量會更貴且造成更多遮
蔭日累積光量
(光積值)?日累積光量
DailyLightIntegral
(DLI)?μmol/m2/s光量子數單位?μmol/m2/sxhr/dayx3.6/
1000=mol/m2/day?250x
16x3.6/
1000=
14.4?300x
16x3.6/
1000=
17.28(葉燒發(fā)生)92光量單位轉換?
以下轉換只適用于太陽光2000
μE=2000
μmol/m2/s=9800fc呎燭光(lumen/ft2)=
1060W/m2=
106000Lux(lumen/m2)93光控設備
-植物燈人工光源種類?燈泡?
熒光燈管?
高強度放射燈–
金屬燈–水銀燈–低壓鈉燈–高壓鈉燈太陽之外的光源選擇人工光源的考量?
Cost–
Fixture–
Installation–
Energyconsumption?
Easeof
Installation?
Spectralcharacteristics
(λ)?
Type
of
crop?
Power
(wattage)?
Heatreleased?
Efficiency–
Amount
of
electricalenergyconvertedtolight
energy?
Life
Expectancy?
Output
Loss?
Weight
of
fixture燈泡?
Easily
installed?
Low
efficiency?
Low
intensity?
Large
amount
of
heatgiven
off?
Spectrum
contains
far-red
(R:FR
>
1:1)?
OKforphotoperiodic
control–
Daylength
extension–
Night
break燈泡燈管?
Moreefficient
than
incandescent?
Low
intensity?
Lessheatgenerated
than
incandescents?
Nofar-red
but
some
UV?
Goodfor
growth
chambers,
coolers,
andphotoperiod
(night
break)use?
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